知识点汇总-操作系统

• 操作系统基本概念

1. 操作系统的定义：操作系统是用户和计算机之间的界面。一方面操作系统管理着所有计算机系统资源，另一方面操作系统为用户提供了一个抽象概念上的计算机。在操作系统的帮助下，用户使用计算机时，避免了对计算机系统硬件的直接操作
2. 操作系统的主要功能：处理机管理（进程和线程管理），存储管理，设备管理，文件管理，提供用户接口
3. 操作系统的基本特征：并发、共享、虚拟、异步

• 处理机管理

1. 进程：进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的基本单位，实现了操作系统的并发
2. 线程：线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位
3. 进程和线程之间的区别：（1）一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，线程依赖于进程而存在（2）进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存
4. 进程的状态：（1）就绪状态（2）执行状态（3）阻塞状态
5. 进程间通信的几种方式：（1）管道（2）消息队列（3）共享内存（4）信号量（5）嵌套字
6. 进程调度算法：（1）先来先服务调度算法FCFS（2）最短作业优先调度算法SJF（3）高优先级调度算法HPF（4）时间片轮转调度算法（可抢占的）RR（5）多级反馈队列调度算法
7. 死锁：两个或多个进程无限期阻塞、 相互等待的一种状态
8. 死锁产生的四个必要条件：（1）互斥（2）占有并等待（3）非抢占（4）循环等待
9. 死锁处理：（1）预防死锁：破坏产生死锁的4个必要条件中的一个或者多个；实现起来比较简单，但是如果限制过于严格会降低系统资源利用率以及吞吐量（2）避免死锁：在资源的动态分配中，防止系统进入不安全状态（3）监测死锁（4）解除死锁：进程终止和资源抢占

• 存储管理

1. 页式存储管理方案：将程序的逻辑地址分为固定大小的页，没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片
2. 段式存储管理方案：将程序的地址空间划分为若干段，堆栈段； 这样每个进程有一个二维地址空间， 相互独立， 互不干扰。没有内碎片， 但段换入换出时， 会产生外碎片
3. 段页式存储管理：先将用户程序分为若干个段，然后再把每个段分成若干个页，并且为每一个段赋予一个段名称。管理中，一个内存地址就由段号，段内页号以及页内地址三个部分组成
4. 分页和分段的区别：（1）分页是由于系统管理的需要，分段是为了更好地满足用户的需要（2）页的大小固定且由系统决定， 而段的长度却不固定， 由其所完成的功能决定（3）段向用户提供了二维地址空间； 页向用户提供的是一维地址空间（4）段是信息的逻辑单位， 便于存储保护和信息的共享， 页的保护、共享收到限制
5. 页面置换算法：（1）FIFO先进先出算法（2）LRU（least recently use）最近最少使用算法（3）OPT（optimal replacement）最优置换算法（4）LFU（least frequently use）最少使用次数算法
6. 虚拟内存：虚拟存储器就是具有请求调入功能和置换功能，可以从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。虚拟存储器都是建立在离散内存管理的基础上
7. 虚拟内存的应用：虚拟内存很适合在多道程序设计系统中使用，许多程序的片段同时保存在内存中。当一个程序等待它的一部分读入内存时，可以把CPU交给另一个进程使用
8. 虚拟内存的优点：（1）内存中可以保留多个进程， 系统并发提高（2）解除了用户与内存之间的紧密约束， 进程可以比内存的全部空间还大
9. 颠簸（抖动）：颠簸本质上是指频繁的页调度行为，导致整个系统的效率急剧下降
10. 内存颠簸的解决办法：（1）修改页面替换算法（2）降低多道程序的数量（3）终止该进程或增加物理内存容量
11. 局部性原理：（1）时间上的局限性：最近被访问的页在不久的将来还会被访问（2）空间上的局限性：内存中被访问的页周围的页很可能被访问